Actividad kárstica

NOMBRE: Actividad kárstica
BREVE DESCRIPCIÓN
El karst es un tipo de paisaje que se encuentra en rocas carbonatadas (caliza, dolomita, mármol) o evaporíticas (yeso, anhidrita, sal de roca o halita) y que se caracteriza
por una amplia gama de depresiones superficiales cerradas, un bien desarrollado sistema subterráneo de drenaje y escasez de corrientes superficiales. Las muy variadas
interacciones entre procesos químicos, físicos y biológicos tienen un amplio abanico de
efectos geológicos, que incluyen la disolución, precipitación, sedimentación y subsidencia del terreno. Los rasgos característicos tales como dolinas, sumideros, cavernas
y grandes manantiales son el resultado de la acción disolvente de la circulación de
aguas subterráneas las cuales podrían salir por corrientes efluentes encauzadas. La
mayoría de esta agua subterránea escurre con flujo laminar por estrechas fisuras, las
cuales pueden ensancharse por encima, en o por debajo del nivel freático, para formar cavernas subsuperficiales, en las cuales el flujo deviene turbulento. Las cavernas
contienen una gran variedad de formas de disolución, sedimentos y espeleoformas
(depósitos de forma y mineralogía variadas, principalmente calcita); todas las cuales
pueden preservar un registro de la historia geológica y climática del área. Los depósitos y paisajes kársticos pueden persistir por períodos de tiempo extraordinariamente
largos en cavernas relicto y paleokarst.
El karst puede ser sumidero o fuente de CO2, puesto que el proceso kárstico es parte
del ciclo global del carbono en el cual el carbono es intercambiado entre la atmósfera,
el agua superficial y subterránea y los minerales carbonatados. La disolución de carbonatos, que se puede incrementar por la presencia de ácidos en el agua, descompone el carbono derivado de la roca y del CO2 disuelto como HCO3- acuoso. La precipitación de minerales carbonatados disueltos es acompañada –y usualmente desencadenada– por la liberación de parte del carbono como CO2. En muchos sitios kársticos, la
emisión de CO2 está asociada con la precipitación de toba calcárea (tufas, travertino)
a la salida de manantiales fríos o calientes.
Aunque son más abundantes en las regiones húmedas, el karst también se puede encontrar en terrenos áridos, donde el H2S contenido en las aguas subterráneas provenientes de zonas reductoras profundas se oxida para producir ácido sulfúrico, el cual
puede formar amplias cavernas, tales como las Carlsbad Caverns de Nuevo México.
También ocurren procesos similares en regiones húmedas, pero tienden a ser enmascarados por la reacción del CO2. Los sulfatos y la sal de roca rara vez están expuestos
en climas húmedos. Ellos son susceptibles a una rápida disolución durante las lluvias
periódicas cuando se encuentran en la superficie de terrenos más secos.
SIGNIFICADO
Se estima que los paisajes kársticos ocupan hasta el 10% de la superficie emergida
terrestre y que aproximadamente un cuarto de la población mundial se abastece de
aguas kársticas. Los sistemas kársticos son sensibles a muchos factores ambientales.
La presencia y desarrollo de cavernas pueden causar problemas a corto plazo, tales
como colapso del substrato rocoso, desproporciones en el rendimiento de pozos, mala
calidad del agua subterránea por falta de acción filtrante, inestabilidad de los suelos
suprayacentes y dificultades para diseñar sistemas efectivos de monitoreo alrededor
de los sitios de disposición de residuos. Sólo en Norteamérica la inestabilidad de las
superficies kársticas insume anualmente millones de dólares en daños a carreteras,
edificios y otras estructuras. Los niveles de radón en las aguas subterráneas kársticas
tienden a ser altos en algunas regiones y los conductos subterráneos de disolución
pueden distribuir desigualmente el radón a través de una región particular.
Debido a que la gran variedad de huecos y depósitos subsuperficiales están protegidos
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del intemperismo y la perturbación superficial, los karst preservan un registro de los
cambios ambientales más fielmente que muchos otros indicadores geológicos. La
temperatura, las lluvias, la naturaleza del suelo y de la cubierta vegetal, la glaciación,
la erosión y sedimentación fluvial y los patrones de flujo de las aguas subterráneas
pueden usualmente ser leídos a partir del modelados y los depósitos de las cavernas.
Este registro puede ser interpretado a escala anual, en el caso de ciertas espeleoformas de crecimiento rápido. [Ver: Corales: química y patrones de crecimiento].
CAUSA HUMANA O NATURAL
Los procesos kársticos ocurren naturalmente. Pueden estar influenciados por actividades humanas tales como modificaciones en el uso de la tierra (por ejemplo la deforestación), basurales, apertura o bloqueo de entradas a cavernas. Todo esto puede afectar substancialmente, y a corto plazo, la sedimentación, la deposición de espeleoformas y la calidad del agua subterránea. El sobrepastoreo en Europa ocurrido hace varios siglos causó erosión severa de suelos en muchas áreas kársticas, dejando sólo
superficies desnudas y fisuradas. Aun cuando muchos colapsos de dolinas se desencadenan debido a la fuerte descarga de las corrientes subterráneas, el descenso de los
niveles freáticos, debido al bombeo excesivo en áreas subyacentes a suelos delgados
o rocas débiles puede inducir hundimientos del terreno y su colapso dentro de los vacíos subsuperficiales.
AMBIENTE DONDE ES APLICABLE
Los karst son más comunes en terrenos carbonatados de regiones húmedas de todo
tipo (templadas, tropicales, montañosas, polares), pero los procesos de disolución
subterránea profunda también pueden ocurrir en regiones áridas.
SITIOS DE MONITOREO
Las cavernas proporcionan sitios únicos, productivos y amplios que permiten la observación directa y el mapeo de los rasgos subterráneos y de sus relaciones con los flujos
superficiales y subterráneos. Sin embargo, el origen, morfología y distribución de sus
rasgos son los factores dominantes que controlan la naturaleza de la superficie del terreno sobreyacente (por ejemplo: la distribución de sumideros) y las direcciones de
movimiento del agua subterránea. Los pozos, perforaciones y canteras son menos útiles como sitios de monitoreo, debido a que sólo proporcionan puntos discontinuos de
información.
ESCALA ESPACIAL
De parcela / regional. La escala de los rasgos kársticos varía desde lo microscópico
(como la zonación en los precipitados químicos) hasta cuencas enteras de drenaje
(con cavernas que drenan cientos de kilómetros cuadrados) y amplias mesetas kársticas.
MÉTODOS DE MEDICIÓN
Se requiere un enfoque holístico para los estudios kársticos, que englobe toda la serie
de características y procesos interactuantes incluyendo geología, química, ingeniería,
edafología, biología, meteorología y, especialmente, hidrología. Las mediciones hidrológicas y geoquímicas en manantiales, sumideros, aguas goteantes dentro de las cavernas y las corrientes de caverna proporcionan registros de las variaciones a corto
plazo de la calidad del agua y de los procesos químicos. Las variables más importan- 24
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tes incluyen: pH, temperatura, Ca, Mg, Na, Cl, HCO3 y SO4. Los ensayos de bombeo
en pozos son útiles para esclarecer la naturaleza de la porosidad y la permeabilidad de
los acuíferos kársticos, ya que son una forma sencilla de monitorear las variaciones
naturales de los niveles de agua en las corrientes de caverna. Los colorantes usados
como trazadores constituyen una técnica útil para demostrar los patrones de flujo
subterráneo y para delinear las divisorias de drenaje, las que pueden variar con el
tiempo. Los estudios sobre la mineralogía y la geoquímica de los precipitados de cavernas (usando difracción de rayos X, luminiscencia, relaciones de isótopos y elementos traza) pueden revelar cambios pasados en la temperatura, humedad, tasas de infiltración y la química de las aguas subterráneas. En áreas edificadas es importante
localizar cavidades sepultadas y monitorear su potencial de colapso, usando una combinación de prospecciones geofísicas, perforaciones exploratorias y nivelaciones sucesivas.
FRECUENCIA DE MEDICIÓN
Los rasgos superficiales y los suelos en terrenos kársticos son notoriamente inestables
y pueden cambiar muy rápido, comúnmente a velocidades catastróficas. En climas
húmedos, muchos colapsos superficiales ocurren durante o poco después de inundaciones, cuando el suelo y los derrubios son erosionados desde abajo de las incipientes
sumideros. La química y la contaminación de las aguas subterráneas cambian tan rápidamente durante las inundaciones que se hacen necesarias medidas continuas para
interpretar el sistema kárstico.
LIMITACIONES DE LOS DATOS Y DEL MONITOREO
Los estudios superficiales de los karst están dificultados por el hecho que sus rasgos
superficiales están controlados por el movimiento de las aguas subterráneas, sin conocimiento del cual es imposible interpretar apropiadamente los rasgos superficiales.
Los cambios en los karst son a menudo tan súbitos que es difícil diseñar una estrategia válida de monitoreo.
APLICACIONES AL PASADO Y AL FUTURO
Los karst responden con gran sensibilidad a los cambios ambientales, y las características del mismo (especialmente las espeleoformas) proporcionan muchos indicios sobre eventos y cambios climáticos e hidrológicos pasados en una variedad de escalas
temporales. Es incierto si las condiciones futuras se pueden interpretar a partir de las
características kársticas, debido a que muchos cambios tienden a ser abruptos y discontinuos.
POSIBLES UMBRALES
El lento y gradual movimiento del suelo tiende a rellenar las depresiones en la superficie del substrato rocoso karstificado, siguiendo el ritmo del incremento de la disolución
en los sumideros. Sin embargo, en aquellos lugares donde este material se puede
transportar lejos de su sitio, por acción de corrientes subterráneas, se puede formar
un arco de roca y suelo sobre un hueco subterráneo, el cual puede inducir un colapso
súbito. El umbral entre la subsidencia gradual y la catastrófica es generalmente impredecible desde la superficie. Existe, sin embargo, un importante umbral entre la disolución y la precipitación, el cual está gobernado por el grado de saturación del agua
kárstica con respecto a los minerales, especialmente calcita. El umbral puede ser
transpuesto por numerosas y diferentes razones, debido al nivel de CO2 incrementado
por procesos de descomposición o reducido por aereación. La solubilidad de la calcita
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y del CO2 decrece con la temperatura, pero las altas temperaturas generan una mayor
producción de CO2, lo cual, a su vez, repercute en la disminución de la solubilidad del
CO2. Conductos de solución se forman a lo largo de las trayectorias de las mayores
descargas de agua subterránea, con tasas de ampliación determinadas primero por
los valores o tasas de descarga y de concentración de la saturación. Una vez que el
agua es capaz de pasar a través del conducto sin exceder el umbral de solubilidad de
la calcita (alrededor de 70% de saturación), la tasa de ampliación se torna casi independiente de la descarga y es determinada por la cinética de la disolución.
REFERENCIAS CLAVES
Beck, B. F., 1989. Engineering and environmental implications of sinkholes and karst.
Rotterdam: Balkema.
Ford, D. C. & P. W. Williams, 1989. Karst geomorphology and hydrology. London:
Unwin Hyman.
Jennings, J. N., 1985. Karst geomorphology Oxford: Basil Blackwell.
White, W. B., 1988. Geomorphology and hydrology of karst terrains. Oxford: Oxford
University Press.
OTRAS FUENTES DE INFORMACIÓN
Agencias hidrológicas y de recursos hídricos, servicios geológicos, IAH, IGA, IGCP
(Proyecto 379 – Procesos kársticos y ciclo del carbono), Karst Waters Institute (P.O.
Box 490, Charles Town, West Virginia 25414, USA), INQUA, International Speleological Union (c/o Dr. A.A. Cigna, Fraz Tuffo, I-14023, Cocconato, Asti, Italy).
ASPECTOS AMBIENTALES Y GEOLÓGICOS RELACIONADOS
La inundación de cavernas en áreas altamente pobladas puede dispersar contaminantes en amplias áreas. Por ejemplo, a mediados de los ´80, el anegamiento por inundación inducida a alta presión de las cavernas situadas debajo de la ciudad de Bowling
Green, Kentucky, dispersaron hidrocarburos (provenientes de desechos industriales) a
través de muchas fisuras llevando sus concentraciones hasta cerca de niveles explosivos en fundaciones situadas encima y en pozos cercanos. Bajo gradientes hidráulicos
pronunciados, las fisuras pueden ampliarse lo suficiente como para causar fugas muy
significativas a través del suelo en un lapso equivalente a una vida humana, como las
que se dieron en el conjunto de presas de la Autoridad del Valle de Tennessee, Estados Unidos, a mediados del siglo XX. En la actualidad, el problema más discutido respecto de los karst es la falta de regulaciones racionales relacionadas al monitoreo de
las aguas subterráneas, una situación complicada por la muy común falta de comprensión de las grandes diferencias entre el comportamiento del flujo en los acuíferos
kársticos y no kársticos (medios porosos).
EVALUACIÓN GENERAL
Los paisajes kársticos son particularmente dinámicos y están sujetos a cambios rápidos. Preservan un registro valioso de los cambios ambientales y deberían ser monitoreados muy de cerca, por sus efectos sobre los asentamientos humanos y las edificaciones.
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